专利名称：智能车轮传感器、可自检的智能车轮传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及铁路运输安全监控及故障预警系统领域，特别是涉及智能车轮传感器、可自检的智能车轮传感器。本实用新型能彻底解决由于列车低速缓行造成系统设备失控所带来的巨大隐患，真正实现系统设备的自动化和智能化。
背景技术：
为了保证铁路运输生产安全，铁道部运输局建设性地提出列车车辆运行安全防范预警系统(简称“5T”系统)，包括红外线轴温探测系统、货车运行状态地面安全监测系统、 货车滚动轴承早期故障轨边声学诊断系统、货车运行故障动态图像检测系统和客车运行安全监控系统。“5T”系统采用智能化、网络化和信息化技术，实现对运行中的列车的状况进行动态检测、数据集中、远程监控、信息共享，并实时汇总到铁道部，这样铁路各相关部门就可以根据系统信息进行合理的调度工作。“5T”系统的实施，不仅有利于提高铁路运输能力，而且还可以降低铁路员工的工作强度，因此，“5T”系统具有广泛的应用前景。“5T”系统的设备必须配备“车轮传感器”才能正常运行。车轮传感器通过检测车轮的物理中心到达该车轮传感器正上方的时刻(本专利将该时刻称为车轮物理中心到达时刻)，从而为系统设备提供精确的车轮物理中心定位信息，这样，系统设备可利用不同位置的几个车轮传感器所得到的车轮物理中心到达时刻进行综合计算，从而判定出列车的运行速度，相邻车轮之间的轴距、台车距等数据，进而判断列车的车型、辆数等信息。另外，系统设备还可以利用车轮传感器所得到的车轮物理中心到达时刻来控制红外探头采集轴箱的温度，从而确保列车运行安全。现有技术所用的车轮传感器全部采用无源传感器，其主要是利用电磁感应原理， 将钕铁硼制成的永磁体置于缠绕着的线圈间，当列车车轮经过永磁体正上方时，将引起永磁体的磁场发生变化，从而使线圈两端产生感应电动势，通过检测该感应电动势的有无来确定车轮物理中心到达时刻。现有技术采用的这种无源传感器最致命的弱点在于列车运行速度比较低时，例如，在低于5km/h的情况下，由于车轮运动所引起的磁场变化很小，因而线圈产生的感应电动势也就很小，该无源传感器无法检测到感应电动势，也就无法测得车轮物理中心到达时刻。而列车必须遵照前方信号指示的状态运行，因而经常会出现低速缓行、停车后再启动等实际情况，在编组站出入口等车轮传感器的安装地点经常低速往返调车，这样，现有技术中的车轮传感器常常会出现漏轴(即漏检车轮)、漏辆(即漏检列车)、分列(即检测结果将一列车误判为两列)、不成车(即检测结果显示经过车轮传感器的并非列车)等故障，从而造成与该车轮传感器相连的安全监控设备失控，不能正常运行，此问题是长期危及铁路运输生产安全的严重隐患。
实用新型内容本实用新型提供了智能车轮传感器、可自检的智能车轮传感器，能准确无遗漏地检测到车轮物理中心到达时刻。本实用新型的技术方案如下智能车轮传感器，该智能车轮传感器包括永磁体、 线圈、磁敏探头、信号处理装置；其中，所述永磁体，位于两钢轨之间且靠近其中一条钢轨的内侧，具有S极和N极；所述线圈，单方向缠绕于所述永磁体上，用于根据所述永磁体的磁场的变化产生感应电压；所述磁敏探头，位于所述永磁体的S极和N极连线的中点，用于根据所述永磁体的磁场的变化输出变量电压；所述信号处理装置，与所述线圈和所述磁敏探头都相连接，用于，将所述磁敏探头的变量电压由正常电压变为非常电压的时刻作为车轮到来时刻；将所述磁敏探头的变量电压由非常电压变为正常电压的时刻作为车轮离开时刻；将所述车轮到来时刻与车轮离开时刻之间、所述线圈产生的感应电压由正电压转负电压的时刻作为车轮物理中心到达时刻。本实用新型的有益效果是本实用新型中，由于永磁体位于两钢轨之间且靠近其中一条钢轨的内侧，磁敏探头位于永磁体的S极与N极的连线中点上，在永磁体恒定磁场的作用下会输出恒定的正常电压，当列车车轮沿钢轨进入永磁体的磁场时，磁场将受到影响而发生变化，这造成磁敏探头输出的变量电压由正常电压变为非常电压，信号处理装置可将该时刻作为车轮到来时刻；当列车车轮离开永磁体的磁场时，磁场恢复为恒定磁场，磁敏探头输出的变量电压又由非常电压变为正常电压，信号处理装置可将该时刻作为车轮离开时刻；在车轮到来时刻和车轮离开时刻之间，车轮一直处于永磁体的磁场之中，对该磁场产生影响，线圈也因磁场的变化产生出感应电压，其感应电压的变化规律为从车轮到来时刻到车轮物理中心到达永磁体的正上方的时刻、即车轮物理中心到达时刻，感应电压由零电位升至最高正电位又降至零电位，其所降到的该零电位可称为正零电位；在车轮物理中心到达时刻，感应电压为正零电位；从车轮物理中心到达时刻到车轮离开时刻，感应电压由正零电位降至最低负电位再升至零电位，其所升到的零电位称为负零电位；在车轮离开时刻， 感应电压达到负零电位；磁敏探头和线圈的输出对磁场变化的反应是实时的，本实用新型中的信号处理装置综合利用磁敏探头和线圈输出的电压，可在磁敏探头测得的车轮到来时刻和车轮离开时刻之间，将线圈产生的感应电压由正电位转为负电位的时刻，即感应电压为正零电位的时刻，作为车轮物理中心到达时刻，这样，本实用新型通过检测出车轮在磁场中运动的三个时刻来确定车轮物理中心到达时刻，进而可得到车轮物理中心的精确定位信息，因此，本实用新型遗漏车轮物理中心到达时刻的概率可以认为是零，并且由于充分利用了线圈和磁敏探头对磁场变化的输出电压，因而测出的车轮物理中心到达时刻也是准确无误的。在上述技术方案的基础上，本实用新型增加如下功能，提高智能化程度进一步，所述磁敏探头包括磁敏探头电源，用于为所述磁敏探头供电。进一步，所述信号处理装置进一步用于，对所述线圈输出的感应电压以及所述磁敏探头输出的变量电压进行滤波、放大和模数转换。进一步，该智能车轮传感器进一步包括存储装置；所述存储装置与所述信号处理装置相连，用于，保存所述线圈输出的感应电压；保存所述磁敏探头输出的变量电压。本实用新型还提出了可自检的智能车轮传感器，该智能车轮传感器包括永磁体、线圈、磁敏探头、信号处理装置、系统自检装置、故障预警装置；其中，所述永磁体，位于两钢轨之间且靠近其中一条钢轨的内侧，具有S极和N极；所述线圈，单方向缠绕于所述永磁体上，用于根据所述永磁体的磁场的变化产生感应电压；所述磁敏探头，位于所述永磁体的S极和N极连线的中点，用于根据所述永磁体的磁场的变化输出变量电压；所述信号处理装置，与所述线圈和所述磁敏探头都相连接，用于，将所述磁敏探头的变量电压由正常电压变为非常电压的时刻作为车轮到来时刻；将所述磁敏探头的变量电压由非常电压变为正常电压的时刻作为车轮离开时刻；将所述车轮到来时刻与车轮离开时刻之间、所述线圈产生的感应电压由正电压转负电压的时刻作为车轮物理中心到达时刻；所述系统自检装置，与所述信号处理装置相连，用于，累计所述信号处理装置连续判断失效的次数；在所述信号处理装置连续判断失效的次数达到报警次数的情况下，向所述故障预警装置发送报警信号；所述故障预警装置用于，根据所述报警信号，诊断系统问题；其中所述的信号处理装置判断失效的情况包括没有确定出车轮到来时刻；没有确定出车轮离开时刻；在所述车轮到来时刻和车轮离开时刻之间没有确定出车轮物理中心到达时刻；所述的系统问题包括永磁体有故障；线圈有故障；磁敏探头有故障。进一步，所述永磁体为U形永磁体。
图1为本实用新型提供的智能车轮传感器的结构图；图2为本实用新型提供的可自检的智能车轮传感器的结构图；图3为本实用新型的一个具体实施例的结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。图1为本实用新型提供的智能车轮传感器的结构图。如图1所示，该系统包括永磁体1、线圈2、磁敏探头3、信号处理装置4 ；其中；永磁体1，位于两钢轨5之间且靠近其中一条钢轨的内侧，如图1所示，永磁体1位于右侧的钢轨5的内侧，当然，永磁体1也可以位于左侧的钢轨5的内侧；本实用新型中的永磁体1还具有S极和N极，如图1所示，其S极可以为永磁体1左侧的磁极，当然，也可以为右侧的磁极，本实用新型对永磁体1上的磁极的方向选择没有限制，即无论图1中是S极更靠近右侧钢轨5，还是N极更靠近右侧钢轨5，或者S极和N极与右侧钢轨5的距离相同， 都在本实用新型的保护范围之内；这里，永磁体1位于两钢轨5之间，且靠近其中一条钢轨的内侧，是为了尽可能地靠近钢轨上运行的车轮，这就可以使列车的车轮最大限度地切割其磁感线，从而最大限度地改变永磁体的磁场，进而使线圈产生最大的感应电压，也使磁敏探头输出的变量电压变化幅度也最大，这样有利于信号处理装置精确判断车轮到来时刻、车轮离开时刻以及车轮物理中心到达时刻，进而精确判断车轮物理中心的定位信息。这是因为车轮是在钢轨上运行的，而永磁体1的磁场是相对较弱的，如果其与车轮的距离较远，例如，将永磁体1置于任一钢轨的外侧，或将其置于两钢轨5的正中央，则会因为磁场距离运行的车轮太远而造成磁场不受车轮的影响，这样，线圈2和磁敏探头3也就无法分别产生出感应电压和输出变量电压了，本实用新型也就无法检测得到车轮物理中心到达时刻了。当然，如果应用磁场较强的磁体，能够在与车轮距离较远的情况下即测得车轮物理中心到达时刻，则也可以将该磁体置于远离任一钢轨5内侧的位置，例如，置于任一钢轨 5的外侧或置于两钢轨5之间的正中央。线圈2，单方向缠绕于永磁体上，用于根据永磁体的磁场的变化产生感应电压；磁敏探头3，位于永磁体的S极和N极连线的中点，用于根据永磁体的磁场的变化输出变量电压；信号处理装置4，与线圈和磁敏探头都相连接，用于，将磁敏探头的变量电压由正常电压变为非常电压的时刻作为车轮到来时刻；将磁敏探头的变量电压由非常电压变为正常电压的时刻作为车轮离开时刻；将车轮到来时刻与车轮离开时刻之间、线圈产生的感应电压由正电压转负电压的时刻作为车轮物理中心到达时刻。这里，永磁体为能够长期保持磁性的磁体，天然的磁石如磁铁矿，人造磁钢如铁镍钴、钕铁硼磁钢等都可以作为永磁体。永磁体不易失磁，也不易被磁化，而且永磁体的S极和N极的极性不会变化，即永磁体的磁场可以认为是恒定的。单方向缠绕于永磁体上的线圈，在没有车轮切割永磁体的磁感线，即永磁体的磁场不变的情况下，两端没有感应电压产生，而在有车轮切割永磁体的磁感线，从而使永磁体的磁场发生变化时，会因穿过线圈的磁通量发生变化而在线圈两端产生感应电压，线圈的匝数越多，磁场的变化越大，感应电压也就越大。本实用新型可以通过密集缠绕几千匝线圈的方式，即使用大匝数线圈的方式，来提高感应电压的幅度，从而提高该传感系统的灵敏度。磁敏探头位于永磁体的S极和N极连线的中点，即位于永磁体的磁场中，这样，在列车车轮未进入永磁体的磁场的情况下，永磁体恒定的磁场可以使磁敏探头输出恒定的变量电压，该恒定的变量电压称为正常电压，这样，信号处理装置可以根据磁敏探头输出正常电压判断出列车车轮并未进入永磁体的磁场；当列车的车轮进入永磁体的磁场，从而切割磁场的磁感线的瞬间，磁场发生变化，此时，磁敏探头输出的变量电压也由正常电压变为与之不同的非常电压，该非常电压的形式可以为与正常电压有区别的另一恒定电压，例如，正常电压为高电平，而非常电压则为低电平，或者正常电压为低电平，而非常电压为高电平等；当然，该非常电压也可以为时变的电压，例如，正常电压为高电平，而非常电压则为时变的正弦波或三角波，因此，信号处理装置可以将磁敏探头的输出电压由正常电压变为非常电压的时刻，作为车轮进入永磁体磁场的车轮到来时刻；当车轮离开永磁体的磁场时，车轮不再切割磁感线，这样，永磁体的磁场恢复为原来的恒定磁场，因而磁敏探头的输出也恢复为正常电压，信号处理装置可以将磁敏探头输出的变量电压由非常电压变为正常电压的时刻，作为车轮离开永磁体磁场的车轮离开时刻。在车轮到来时刻和车轮离开时刻之间，有一个时刻是车轮物理中心恰好位于永磁体正上方，即其S极和N极连线中点正上方，也就是磁敏探头正上方的时刻，该时刻即为车轮物理中心到达时刻。在车轮到来时刻和车轮离开时刻之间，由于永磁体磁场的变化引起穿过线圈磁通量的变化，在线圈两端会产生感应电压，该感应电压是按照一定的规律变化的，其变化规律为从车轮到来时刻到车轮物理中心到达永磁体的正上方的时刻、即车轮物理中心到达时刻，感应电压由零电位升至最高正电位再降至零电位，其所降到的该零电位可称为正零电位，在车轮物理中心到达时刻，感应电压为正零电位；从车轮物理中心到达时刻到车轮离开时刻，感应电压由正零电位降至最低负电位再升至零电位，其所升到的零电位称为负零电位，在车轮离开时刻，感应电压为负零电位；在车轮离开时刻之后，由于磁场恢复为原来的恒定磁场而不再变化，感应电压也保持负零电位不变。由此可见，信号处理装置可以在车轮到来时刻与车轮离开时刻之间，将线圈的感应电压由正电位转为负电位的时刻，即感应电压为正零电位的时刻，或者说是感应电压由正零电位向最低负电位转变的时刻，作为车轮物理中心到达时刻。磁敏探头位于永磁体的S极和N极连线的中点，意味着利用磁敏探头输出的变量电压所判断出的车轮到来时刻和车轮离开时刻与利用线圈的感应电压所判断出的车轮物理中心到达时刻是针对同一磁场的变化所进行的判断，因此，本实用新型所测得的车轮物理中心到达时刻是可信的。由于线圈对磁场所引起的磁通量的变化很敏感，在磁场变化的同时，其输出的感应电压即发生变化，因此，本实用新型中的信号处理装置利用线圈来获取车轮物理中心到达时刻是准确的。而且由于信号处理装置需要将车轮到来时刻、车轮物理中心到达时刻以及车轮离开时刻都检测出来的情况下才确定完成了本次检测的，无论这三个时刻中的任一时刻的检测出现问题，都不能认为本次检测是成功的，而三个时刻的检测同时出现错误的可能性基本为零，因此，本实用新型检测车轮物理中心到达时刻又是无误的。由此可见，本实用新型中，由于永磁体位于两钢轨之间且靠近其中一条钢轨的内侧，磁敏探头位于永磁体的S极与N极的连线中点上，在永磁体恒定磁场的作用下会输出恒定的正常电压，当列车车轮沿钢轨进入永磁体的磁场时，磁场将受到影响而发生变化，这造成磁敏探头输出的变量电压由正常电压变为非常电压，信号处理装置可将该时刻作为车轮到来时刻；当列车车轮离开永磁体的磁场时，磁场恢复为恒定磁场，磁敏探头输出的变量电压又由非常电压变为正常电压，信号处理装置可将该时刻作为车轮离开时刻；在车轮到来时刻和车轮离开时刻之间，车轮一直处于永磁体的磁场之中，对该磁场产生影响，线圈也因磁场的变化产生出感应电压，其感应电压的变化规律为从车轮到来时刻到车轮物理中心到达永磁体的正上方的时刻、即车轮物理中心到达时刻，感应电压由零电位升至最高正电位又降至零电位，其所降到的该零电位可称为正零电位；在车轮物理中心到达时刻，感应电压为正零电位；从车轮物理中心到达时刻到车轮离开时刻，感应电压由正零电位降至最低负电位再升至零电位，其所升到的零电位称为负零电位；在车轮离开时刻，感应电压达到负零电位；磁敏探头和线圈的输出对磁场变化的反应是实时的，本实用新型中的信号处理装置综合利用磁敏探头和线圈输出的电压，可在磁敏探头测得的车轮到来时刻和车轮离开时刻之间，将线圈产生的感应电压由正电位转为负电位的时刻，即感应电压为正零电位的时刻，作为车轮物理中心到达时刻，这样，本实用新型通过检测出车轮在磁场中运动的三个时刻来确定车轮物理中心到达时刻，进而可得到车轮物理中心的精确定位信息，因此，本实用新型遗漏车轮物理中心到达时刻的概率可以认为是零，并且由于充分利用了线圈和磁敏探头对磁场变化的输出电压，因而测出的车轮物理中心到达时刻也是准确无误的。由于本实用新型是根据磁敏探头的输出电压的变化来判断车轮到来时刻和车轮离开时刻的，并在此基础上根据线圈的感应电压的变化来判断车轮物理中心到达时刻，这就利用磁敏探头和线圈对磁场变化的双重灵敏度，为车轮物理中心到达时刻的准确无遗漏的检测提供了双重保险，因此，本实用新型能准确无遗漏地提供车速为0_350km/h范围内的列车的车轮物理中心到达时刻的精确定位信息，即本实用新型对车轮物理中心到达时刻的检测是不受车轮低速影响的。本实用新型中的磁敏探头可以包括磁敏探头电源，该磁敏探头电源用于为磁敏探头供电。这样，本实用新型中的磁敏探头就为有源传感器，其灵敏度比无源传感器可以得到进一步的提高，并且可以持续更长的时间，有利于本实用新型在铁路线路内任何区间长期使用。这样，本实用新型中的永磁体和线圈构成一个无源传感器，而永磁体又与磁敏探头构成了一个有源传感器，从而将有源传感器和无源传感器结合起来，使二者处在同一位置，从而保证了两个传感器对车轮物理中心到达时刻以及车轮到来时刻和车轮离开时刻的检测是基于同一车轮对磁场的影响，从而使本实用新型的检测信息是可信的、准确的。当然，如果本实用新型中的线圈或者磁敏探头发生故障，即无源或有源传感器之一发生故障，另一个传感器还是能够继续工作的，这有利于提高本实用新型的安全性和可靠性。例如，当线圈发生故障而无法工作时，磁敏探头仍然能够根据磁场的变化而使输出电压发生在正常电压和非常电压间变化，信号检测装置仍然能够检测得车轮到来时刻和车轮离开时刻，虽然信号检测装置无法再准确检测到车轮物理中心到达时刻，可经信号处理装置估算出车轮物理中心到达时刻，而不会遗漏。另外，如果磁敏探头发生故障而无法工作， 而线圈仍能正常工作，虽然无法检测出车轮到来时刻和车轮离开时刻，但信号检测装置仍能将线圈的感应电压由高转低的时刻作为车轮物理中心到达时刻，从而准确获得车轮物理中心到达时刻的定位信息。本实用新型中，信号处理装置进一步用于，对线圈输出的感应电压以及磁敏探头的输出电压进行滤波、放大和模数转换。这里，信号处理装置通过对线圈的感应电压以及磁敏探头输出的变量电压进行滤波，可以消除由外界白噪声、以及铁路附近的电气化高压电场、电磁波等对永磁体磁场的影响所造成的信号处理装置对感应电压、磁敏探头输出电压的误判断，从而进一步提高本实用新型的判断准确率。信号处理装置对感应电压以及磁敏探头输出的变量电压进行放大，可以进一步防范误判断，提高自身判断的准确率。信号处理装置对感应电压以及磁敏探头输出的变量电压进行模数转换，有利于本实用新型的数字化应用，并进一步提高本实用新型的抗噪能力，提高判断的准确率。本实用新型中，进一步包括存储装置；存储装置与信号处理装置相连，用于，保存线圈输出的感应电压；保存磁敏探头输出的变量电压。这里，系统进一步包括存储感应电压以及磁敏探头输出的变量电压的存储装置， 使这些数据可以作为备份使用，也可以在发生故障的情况下，由相关人员对这些数据进行分析，找出故障所在，这有利于故障的排除和系统的顺利运行。[0054]图2为本实用新型提供的可自检的智能车轮传感器的结构图。如图2所示，该智能车轮传感器包括永磁体11、线圈12、磁敏探头13、信号处理装置14、系统自检装置16、 故障预警装置17;其中，永磁体11，位于两钢轨15之间且靠近其中一条钢轨的内侧，如图2所示，永磁体 11靠近左侧钢轨15的内侧，当然，永磁体11靠近右侧钢轨15内侧的情形也在本实用新型的保护范围之内；该永磁体11具有S极和N极；线圈12，单方向缠绕于永磁体上，用于根据永磁体的磁场的变化产生感应电压；磁敏探头13，位于永磁体的S极和N极连线的中点，用于根据永磁体的磁场的变化输出变量电压；信号处理装置14，与线圈和磁敏探头都相连接，用于，将磁敏探头的变量电压由正常电压变为非常电压的时刻作为车轮到来时刻；将磁敏探头的变量电压由非常电压变为正常电压的时刻作为车轮离开时刻；将车轮到来时刻与车轮离开时刻之间、线圈产生的感应电压由正电压转负电压的时刻作为车轮物理中心到达时刻；系统自检装置16，与信号处理装置相连，用于，累计信号处理装置连续判断失效的次数；在信号处理装置连续判断失效的次数达到报警次数的情况下，向故障预警装置发送报警信号；故障预警装置17用于，根据报警信号，诊断系统问题；这里的系统自检装置可以与故障预警装置通过有线方式传递信息，也可以通过无线方式来传递信息；其中信号处理装置判断失效的情况包括没有确定出车轮到来时刻；没有确定出车轮离开时刻；在车轮到来时刻和车轮离开时刻之间没有确定出车轮物理中心到达时刻； 系统问题包括永磁体有故障；线圈有故障；磁敏探头有故障。对比图1和图2可以看出，该可自检的智能车轮传感器是在图1所示的智能车轮传感器的基础上进一步增加了系统自检装置和故障预警装置，因此，图2所示的可自检的智能车轮传感器具有图1所示的智能车轮传感器的一切技术特征，即图2中的永磁体11与图1中的永磁体1的结构和功能相同，图2中的线圈12与图1中的线圈2的结构和功能相同，图2中的磁敏探头13与图1中的磁敏探头3的结构和功能相同，图2中的信号处理装置14与图1中的信号处理装置4的结构和功能相同，该可自检的智能车轮传感器还可以进一步包括图1所示的智能车轮传感器中的存储装置，该存储装置与图1所示的智能车轮传感器中的存储装置的结构和功能也相同。本实用新型中，系统自检装置16可以累计信号处理装置连续判断失效的次数，这里的信号处理装置判断失效的情况包括没有确定出车轮到来时刻；没有确定出车轮离开时刻；在车轮到来时刻和车轮离开时刻之间没有确定出车轮物理中心到达时刻。各种判断失效的情况所对应的故障情况如下(1)如果信号处理装置没有确定出车轮到来时刻，说明磁敏探头并未因车轮引起磁场变化而使输出的变量电压变化，此后，如果信号处理装置能够检测出车轮离开时刻，则说明磁敏探头在检测车轮到来时刻时出现了故障，如果磁敏探头不能检测出车轮离开时刻，则说明磁敏探头或永磁体出现了故障。(2)如果信号处理装置没有确定出车轮离开时刻，则说明磁敏探头的输出电压没有因为磁场恢复而使输出的变量电压变化，这之前，如果信号处理装置能够检测出车轮到来时刻，则说明磁敏探头在车轮离开时刻出现了故障。(3)如果信号处理装置在车轮到来时刻和车轮离开时刻之间没有确定出车轮物理中心到达时刻，则说明线圈没有在车轮物理中心到达时刻使感应电压由正电平转为负电平，因此可以确定线圈出现了故障。当然，信号处理装置判断失效的情况还可以包括其他不能在车轮到来时刻和车轮离开时刻之间检测出车轮物理中心到达时刻，即不能依次测出车轮到来时刻、车轮物理中心到达时刻和车轮离开时刻的情况，该失效情况可能是与磁敏探头与永磁体之间相对位置的变动所引起的，即该失效情况可能是因为磁敏探头从永磁体的S极与N极连线中点的位置发生了偏移。故障预警装置在接到系统自检装置的报警信号后，是根据上述的信号处理装置判断失效的情况与故障情况的对应关系来诊断系统问题的，在诊断出系统问题之后，故障预警装置可以实时或非实时地通过有线或无线方式将记载有系统问题的故障信息发送出去， 以便及时修复故障。系统自检装置所累计的是信号处理装置连续判断失效的次数，而非偶然一次或几次判断失效的次数，因而本实用新型设置了一个信号处理装置连续判断失效的门限次数值，称为报警次数，如果系统自检装置所累计的信号处理装置连续判断失效的次数达到报警次数，则向故障预警装置发送报警信号，否则，不发送报警信号。如果系统自检装置累计的信号处理装置连续判断失效的次数在少于报警次数时，信号处理装置即重新判断正确， 则系统自检装置可以将所累计的信号处理装置连续判断失效的次数清零，以便下一次重新累计。当然，此时系统自检装置也可以不清零。本实用新型由于设置了系统自检装置和故障预警装置，因此，在铁路线路振动引起有源传感器和无源传感器之间的位置发生移动从而造成检测误差时，例如，车轮物理中心到达时刻不再位于车轮到来时刻和车轮离开时刻之间时，系统自检装置和故障预警装置就可以将该故障检测出来，从而及时报警进行更换。本实用新型提供的上述图1所示的智能车轮传感器和图2所示的可自检的智能车轮传感器中，都用到了永磁体，该永磁体的一个较佳实施例为U形永磁体，这样，其S极和N 极的距离比较近，因而永磁体的磁场也比较强，且位于S极和N极连线中点的磁敏探头也比较容易放置。当然，本实用新型中的永磁体也可以为其他形式的永磁体。本实用新型中的各装置均利用耐低温材料来制作，因此，本实用新型能够耐受铁路严酷的自然条件，能够耐受低温。图3为本实用新型的一个具体实施例的结构图。如图3所示，η个传感器位于两钢轨之间靠近任一钢轨内侧的不同位置，每个传感器均包括有源传感部分和无源传感部分， 其中的无源传感部分由永磁体及密集缠绕于其上的线圈组成，有源传感部分由永磁体和磁敏探头组成，磁敏探头包括为磁敏探头供电的磁敏探头电源。同一传感器中的有源传感部分和无源传感部分利用同一个永磁体，且有源传感部分中的磁敏探头位于该永磁体的S极和N极连线的中点。这η个传感器的输出信号由信号调理装置302接收并处理，即有源传感部分输出的变量电压和无源传感部分输出的感应电压由信号调理装置302接收并处理。信号调理装置接收信号的方式可以为有线方式，也可以为无线方式。信号调理装置对信号的处理可以包括滤波、放大等。信号调理装置302对信号处理完毕后，输出的信号又由模数转换装置303所接收。 模数转换装置对信号进行模数转换处理后，实现了信号由模拟信号向数字信号的转换。其输出的数字信号由信号主控单元304进行处理。图3中，信号调理装置和模数转换装置均为一个，事实上，在应用本实用新型时， 也可以利用多个信号调理装置和多个模数转换装置。信号主控单元304对数字信号进行的处理包括将有源传感部分中磁敏探头的变量电压由正常电压变为非常电压的时刻作为车轮到来时刻；将磁敏探头的变量电压由非常电压变为正常电压的时刻作为车轮离开时刻；将车轮到来时刻与车轮离开时刻之间、无源传感部分中线圈产生的感应电压由正电压转负电压的时刻作为车轮物理中心到达时刻。信号主控单元确定出车轮物理中心到达时刻，即向信号触发装置305发送通知， 使信号触发装置产生触发信号，并将触发信号发送到铁路监测设备306，这样，铁路监测设备就可以获知该车轮物理中心到达时刻，并根据该车轮物理中心到达时刻来确定车轮物理中心的定位信息了。由此可见，图3中的信号调理装置302、模数转换装置303、信号主控单元304和信号触发装置305共同组成了图1和图2中的信号处理装置。图3中还进一步包括存储装置307，用于保存无源传感部分中线圈输出的感应电压以及有源传感部分中磁敏探头输出的变量电压。图3中进一步包括了系统自检装置308和故障预警装置309，其中，系统自检装置用于，累计信号主控单元连续判断失效的次数；在信号主控单元连续判断失效的次数达到报警次数的情况下，向故障预警装置发送报警信号；故障预警装置用于，根据报警信号，诊断系统问题，并向铁路监测设备306发送记载有系统问题的故障信息，从而使铁路监测设备能够根据该故障信息，及时判断故障源以及维修策略，进而对故障进行修复。其中，信号主控单元判断失效的情况包括没有确定出车轮到来时刻；没有确定出车轮离开时刻；在车轮到来时刻和车轮离开时刻之间没有确定出车轮物理中心到达时刻；故障预警装置诊断出的系统问题包括永磁体有故障；线圈有故障；磁敏探头有故障。本实用新型中，对信号处理装置、系统自检装置、故障预警装置的限定均为功能性的或逻辑性的，本领域的技术人员在此基础上对装置的数量进行增删、对各装置的功能进行等同替换、重新组合等，形成新的技术方案，图3所示的技术方案即为在图1和图2基础上进行等同替换和重新组合后得到的一个新的技术方案，其他的新的技术方案例如，将信号处理装置与存储装置等及其功能进行合并，得到一个新的装置，从而减少装置的数量，并重新组合了装置的功能；将图3中的信号调理装置与模数转换模块整合，得到预处理模块等，并将其功能进行重新组合，等等。不论对本实用新型提供的方案进行何种等同替换、重新组合，只要所得到的新的技术方案能达到本实用新型的技术效果，均在本实用新型的保护范围之内。由此可见，本实用新型具有以下优点(1)本实用新型中，由于永磁体位于两钢轨之间且靠近其中一条钢轨的内侧，磁敏探头位于永磁体的S极与N极的连线中点上，在永磁体恒定磁场的作用下会输出恒定的正常电压，当列车车轮沿钢轨进入永磁体的磁场时，磁场将受到影响而发生变化，这造成磁敏探头输出的变量电压由正常电压变为非常电压，信号处理装置可将该时刻作为车轮到来时刻；当列车车轮离开永磁体的磁场时，磁场恢复为恒定磁场，磁敏探头输出的变量电压又由非常电压变为正常电压，信号处理装置可将该时刻作为车轮离开时刻；在车轮到来时刻和车轮离开时刻之间，车轮一直处于永磁体的磁场之中，对该磁场产生影响，线圈也因磁场的变化产生出感应电压，其感应电压的变化规律为从车轮到来时刻到车轮物理中心到达永磁体的正上方的时刻、即车轮物理中心到达时刻，感应电压由零电位升至最高正电位又降至零电位，其所降到的该零电位可称为正零电位；在车轮物理中心到达时刻，感应电压为正零电位；从车轮物理中心到达时刻到车轮离开时刻，感应电压由正零电位降至最低负电位再升至零电位，其所升到的零电位称为负零电位；在车轮离开时刻，感应电压达到负零电位；磁敏探头和线圈的输出对磁场变化的反应是实时的，本实用新型中的信号处理装置综合利用磁敏探头和线圈输出的电压，可在磁敏探头测得的车轮到来时刻和车轮离开时刻之间，将线圈产生的感应电压由正电位转为负电位的时刻，即感应电压为正零电位的时刻，作为车轮物理中心到达时刻，这样，本实用新型通过检测出车轮在磁场中运动的三个时刻来确定车轮物理中心到达时刻，进而可得到车轮物理中心的精确定位信息，因此，本实用新型遗漏车轮物理中心到达时刻的概率可以认为是零，并且由于充分利用了线圈和磁敏探头对磁场变化的输出电压，因而测出的车轮物理中心到达时刻也是准确无误的。(2)由于本实用新型是根据磁敏探头的输出电压的变化来判断车轮到来时刻和车轮离开时刻的，并在此基础上根据线圈的感应电压的变化来判断车轮物理中心到达时刻， 这就利用磁敏探头和线圈对磁场变化的双重灵敏度，为车轮物理中心到达时刻的准确无遗漏的检测提供了双重保险，因此，本实用新型能准确无遗漏地提供车速为0_350km/h范围内的列车的车轮物理中心的精确定位信息，即本实用新型对车轮物理中心到达时刻的检测是不受车轮低速影响的。(3)本实用新型中，永磁体位于两钢轨间、一侧钢轨内侧，可以使列车的车轮最大限度地切割其磁感线，从而最大限度地改变永磁体的磁场，进而使线圈产生最大的感应电压，也使磁敏探头输出的电压变化幅度明显，这样有利于信号处理装置精确判断车轮到来时刻、车轮离开时刻以及车轮物理中心到达时刻的精确定位信息。(4)本实用新型通过密集缠绕线圈的方式，即使用大匝数线圈的方式，来提高感应电压的幅度，从而提高该传感系统的灵敏度。(5)本实用新型使用的磁敏探头就为有源传感器，其灵敏度比无源传感器可以得到进一步的提高，并且可以持续更长的时间，有利于本实用新型在铁路范围内任何区间都可以长期使用。(6)本实用新型中，信号处理装置通过对线圈的感应电压以及磁敏探头的输出电压进行滤波，可以消除由外界白噪声、以及电气化铁路附近的高压电场、电磁波等对永磁体磁场的影响所造成的信号处理装置对感应电压、磁敏探头输出电压的误判断，从而进一步提高本实用新型的判断准确率。(7)本实用新型中进一步包括存储装置，来存储感应电压以及磁敏探头的输出电压，这些数据可以作为备份使用，也可以在发生故障的情况下，由相关人员对这些数据进行分析，找出故障所在，这有利于故障的排除和系统的顺利运行。
1[0093](8)如果本实用新型中的线圈或者磁敏探头发生故障，即无源或有源传感器之一发生故障，另一个传感器还是能够继续工作的，这有利于保证本实用新型的使用安全性和可靠性。(9)本实用新型由于设置了系统自检装置和故障预警装置，因此，由于线路振动引起有源传感器和无源传感器之间的位置发生移动从而造成检测误差时，例如，车轮物理中心到达时刻不再位于车轮到来时刻和车轮离开时刻之间时，系统自检装置和故障预警装置就可以将该故障检测出来，从而及时报警进行更换。综上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.智能车轮传感器，其特征在于，该智能车轮传感器包括永磁体、线圈、磁敏探头、信号处理装置；其中，所述永磁体，位于两钢轨之间且靠近其中一条钢轨的内侧，具有S极和N极；所述线圈，单方向缠绕于所述永磁体上，用于根据所述永磁体的磁场的变化产生感应电压；所述磁敏探头，位于所述永磁体的S极和N极连线的中点，用于根据所述永磁体的磁场的变化输出变量电压；所述信号处理装置，与所述线圈和所述磁敏探头都相连接，用于，将所述磁敏探头的变量电压由正常电压变为非常电压的时刻作为车轮到来时刻；将所述磁敏探头的变量电压由非常电压变为正常电压的时刻作为车轮离开时刻；将所述车轮到来时刻与车轮离开时刻之间、所述线圈产生的感应电压由正电压转负电压的时刻作为车轮物理中心到达时刻。
2.根据权利要求1所述的智能车轮传感器，其特征在于，所述磁敏探头包括磁敏探头电源，用于为所述磁敏探头供电。
3.根据权利要求1所述的智能车轮传感器，其特征在于，所述信号处理装置进一步用于，对所述线圈输出的感应电压以及所述磁敏探头的变量电压进行滤波、放大和模数转换。
4.根据权利要求1、2或3所述的智能车轮传感器，其特征在于，该智能车轮传感器进一步包括存储装置；所述存储装置与所述信号处理装置相连，用于，保存所述线圈输出的感应电压；保存所述磁敏探头输出的变量电压。
5.可自检的智能车轮传感器，其特征在于，该智能车轮传感器包括永磁体、线圈、磁敏探头、信号处理装置、系统自检装置、故障预警装置；其中，所述永磁体，位于两钢轨之间且靠近其中一条钢轨的内侧，具有S极和N极；所述线圈，单方向缠绕于所述永磁体上，用于根据所述永磁体的磁场的变化产生感应电压；所述磁敏探头，位于所述永磁体的S极和N极连线的中点，用于根据所述永磁体的磁场的变化输出变量电压；所述信号处理装置，与所述线圈和所述磁敏探头都相连接，用于，将所述磁敏探头的变量电压由正常电压变为非常电压的时刻作为车轮到来时刻；将所述磁敏探头的变量电压由非常电压变为正常电压的时刻作为车轮离开时刻；将所述车轮到来时刻与车轮离开时刻之间、所述线圈产生的感应电压由正电压转负电压的时刻作为车轮物理中心到达时刻；所述系统自检装置，与所述信号处理装置相连，用于，累计所述信号处理装置连续判断失效的次数；在所述信号处理装置连续判断失效的次数达到报警次数的情况下，向所述故障预警装置发送报警信号；所述故障预警装置用于，根据所述报警信号，诊断系统问题；其中所述的信号处理装置判断失效的情况包括没有确定出车轮到来时刻；没有确定出车轮离开时刻；在所述车轮到来时刻和车轮离开时刻之间没有确定出车轮物理中心到达时刻；所述的系统问题包括永磁体有故障；线圈有故障；磁敏探头有故障。
6.根据权利要求1、2、3或5所述的智能车轮传感器，其特征在于，所述永磁体为U形永磁体。
专利摘要本实用新型涉及智能车轮传感器、可自检的智能车轮传感器。该系统包括永磁体、线圈、磁敏探头、信号处理装置；其中，永磁体位于两钢轨间靠近任一钢轨内侧；线圈单方向缠绕于永磁体上，根据磁场变化产生感应电压；磁敏探头在永磁体S极和N极连线中点，根据磁场变化输出变量电压；信号处理装置将磁敏探头的输出由正常电压变为非常电压的时刻作为车轮到来时刻，将磁敏探头的输出由非常电压变为正常电压的时刻作为车轮离开时刻，将车轮到来时刻与车轮离开时刻之间、线圈产生的感应电压由正电位转负电位的时刻作为车轮物理中心到达时刻。本实用新型能准确无遗漏地检测到车轮物理中心到达时刻，即本实用新型不受车轮低速的影响。
文档编号G01V3/10GK202124048SQ20112003961
公开日2012年1月25日 申请日期2011年2月16日 优先权日2011年2月16日
发明者于军, 佟详国, 周树林, 孙向利, 张志 申请人:北京北铁高科电子技术有限公司, 沈阳市高新区易工俊能技术服务部